BR112012018898B1

BR112012018898B1 - Cabo

Info

Publication number: BR112012018898B1
Application number: BR112012018898-4A
Authority: BR
Inventors: Gabriele Perego; Sergio Belli
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2019-11-26
Also published as: EP2528968A1; BR112012018898A2; AU2010344307B2; CN102822257A; CN102822257B; EP2528968B1; CA2788403A1; AU2010344307A1; US20130025909A1; CA2788403C; WO2011092533A1; AR080049A1; RU2547011C2; RU2012135514A; US10811163B2

Abstract

cabo. um cabo compreendendo pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada eletricamente isolante circundando o dito condutor elétrico, em que a pelo menos uma camada eletricamente isolante compreende: (a) um material de polímero termoplástico selecionado de: pelo menos um copolímero (1) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma a-olefina outra que não propileno, o dito copolímero tendo um plano de fusão maior do que ou igual a 130º c e uma entalpia de fusão de 20 j/g a 90 j/g; uma mistura de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno, com pelo menos uma a-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 j/g a 70 j/g; uma mistura de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii), uma mistura de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii), (b) pelo menos uma carga de tamanho nano; em que pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) seja um copolímero heterofásico.

Description

Fundamentos da invenção [01] A presente invenção se refere a um cabo de energia. Em particular, a presente invenção se refere a um cabo para transportar ou distribuir energia elétrica, especialmente energia elétrica de média ou alta voltagem, o dito cabo tendo pelo menos uma camada de nanocompósito de polipropileno. O dito cabo pode ser usado para a transmissão ou distribuição de corrente contínua (DC) ou corrente alternada (AC).

[02] Os cabos para transportar energia elétrica no geral incluem pelo menos um núcleo de cabo. O núcleo de cabo é usualmente formado por pelo menos um condutor sequencialmente coberto por uma camada polimérica interna tendo propriedades semicondutivas, uma camada polimérica intermediária tendo propriedades eletricamente isolantes, uma camada polimérica externa tendo propriedades semicondutivas. Os cabos para transportar energia elétrica de média ou alta voltagem no geral incluem pelo menos um núcleo de cabo circundado por pelo menos uma camada de tela, tipicamente feita de metal ou de metal e material polimérico. A camada de tela pode ser fabricada na forma de arames (tranças), de uma fita helicoidalmente enrolada em torno do núcleo de cabo ou uma folha circundando longitudinalmente o núcleo de cabo. As camadas poliméricas que circundam o pelo menos um condutor são habitualmente fabricados de um polímero reticulado com base em poliolefina, em particular polietileno reticulado (XLPE), ou etileno/propileno elastoméricos (EPR) ou copolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM), também reticulados, como descrito, por exemplo, na WO 98/52197. A etapa de reticulação, realizada depois de extrusar o material polimérico sobre o condutor, dá ao material propriedades mecânica e elétrica satisfatórias mesmo sob altas temperaturas tanto durante uso contínuo quanto com sobrecarga de corrente.

[03] Para tratar as exigências quanto aos materiais que não devem

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 11/37 / 22 ser nocivos para o ambiente tanto durante a produção quanto durante o uso, e que devam ser recicláveis no final da vida do cabo, os cabos de energia foram recentemente desenvolvidos tendo um núcleo de cabo fabricado de materiais termoplásticos, isto é materiais poliméricos que não são reticulados e assim podem ser reciclados no final da vida do cabo.

[04] Neste aspecto, os cabos elétricos que compreendem pelo menos uma camada de revestimento, por exemplo, a camada de isolamento, com base em uma matriz de polipropileno intimamente misturada com um fluido dielétrico são conhecidos e descritos na WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318, WO 07/048422, e WO 08/058572. A matriz de polipropileno útil para este tipo de cabos compreende homopolímero ou copolímero de polipropileno ou ambos, caracterizados por uma cristalinidade relativamente baixa tal como para prover o cabo com a flexibilidade adequada, mas não para comunicar as propriedades mecânicas e resistência à termopressão nas temperaturas de cabo operantes e na sobrecarga. O desempenho do revestimento de cabo, especialmente da camada isolante do cabo, também é afetado pela presença do fluido dielétrico intimamente misturado com a dita matriz de polipropileno. O fluido dielétrico não deve afetar as propriedades mecânicas mencionadas e resistência à termopressão e deve ser tal que seja íntima e homogeneamente misturado com a matriz polimérica.

[05] A melhora do desempenho elétrico de materiais poliméricos adicionados com nanocargas inorgânicas foi sugerida. Por exemplo, Montanari et al., IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 11, N 5, Outubro de 2004 descrevem propriedades elétricas de materiais isolantes de nanocompósito. Em particular, investigação em torno do polipropileno isotático (iPP) adicionado com uma nanocarga que consiste de um silicato em camada organofílico, fluoro-hectorita especificamente sintética, modificada por meio da troca dos cátions de sódio intercamada por octadecilamina protonada (ODA), NH3⁺, é relatado. O polipropileno requereu

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 12/37 / 22 a adição de um compatibilizador (20 %) que consiste de iPP + 3,5 % de anidrido maleico, enxertado na cadeia principal da cadeia de iPP.

[06] Reichert et al., Macromol. Mater. Eng. 275, 8-17 (2000) relatam que, embora verificou-se que as nanocargas anisotrópicas produzem combinações atraentes de dureza e resistência quando combinados com polipropileno, problemas de disponibilidade comercial e de dispersão limitadas devido às interações interpartícula fortes das nanocargas restringiram a sua aplicação. Os nanocompósitos foram preparados pela combinação por fusão de polipropileno na presença de fluoromica tornada organofílica por meio da troca de íon com aminas protonadas, na presença de polipropileno enxertado com anidrido maleico (PP-g-MA).

Sumário da invenção [07] Foi encarado o problema de melhorar o desempenho de cabos de energia tendo, como camada eletricamente isolante, um revestimento termoplástico com base no polipropileno. Uma camada de revestimento de cabo, especialmente uma camada isolante, tem que satisfazer várias exigências que incluem desempenho elétrico seguro, sem decomposição mesmo em temperatura de operação alta como 90°C até 110°C para uso contínuo, e até 130°C no caso de sobrecarga de corrente, enquanto tem propriedades mecânicas aceitáveis.

[08] De modo a melhorar as ditas propriedades elétricas, o uso de cargas, em particular nanocargas inorgânicas, foi considerado. Entretanto, o uso de nanocargas em composições de polipropileno causa uma redução das propriedades mecânicas e isolantes do material polimérico, por causa da diminuição da capacidade de homogeneidade, a menos que compatibilizadores sejam usados.

[09] O uso de compatibilizadores significa uma modificação da base polimérica, tal como pela adição de poliolefinas enxertadas com anidrido maleico, e/ou um tratamento de superfície da nanocarga, por exemplo, pela

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 13/37 / 22 aplicação de agentes de tratamento de superfície, tais como silanos ou ácidos graxos ou derivados dos mesmos, tipicamente usados como agentes de ligação entre a carga mineral e o material polimérico.

[10] Os compatibilizadores usados para melhorar a homogeneidade de misturas de cargas poliméricas/inorgânicas tipicamente têm grupos polares. Acredita-se que a necessidade de um compatibilizador entre o polipropileno e a nanocarga seja devido à falta de coesão entre o polipropileno e a nanocarga tendo como uma consequência a deterioração das propriedades de isolamento devido a um aumento da probabilidade de formação, por exemplo, de microvazios ou interfaces descontínuas.

[11] Entretanto, as propriedades elétricas, particularmente em termos de rigidez dielétrica (rigidez de ruptura dielétrica) e acúmulo de carga espacial, podem ser negativamente afetadas pela adição de grupos polares ao material isolante.

[12] Verificou-se que os problemas acima podem ser resolvidos pelo fornecimento do cabo de energia com pelo menos uma camada eletricamente isolante que compreende uma composição termoplástica que compreende pelo menos um copolímero de propileno heterofásico intimamente misturado com uma nanocarga. O uso de uma composição termoplástica como definida a seguir permite utilizar uma nanocarga sem adicionar nenhum compatibilizador mesmo quando a nanocarga não é tratada, isto é livre de agentes de tratamento de superfície.

[13] Em um primeiro aspecto a presente invenção se refere a um cabo que compreende pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada eletricamente isolante que circunda o dito condutor elétrico, em que a pelo menos uma camada eletricamente isolante compreende:

(a) um material de polímero termoplástico selecionado de:

- pelo menos um copolímero (i) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina outra que

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 14/37 / 22 não propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão maior do que ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g;

- uma mistura de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno com pelo menos uma α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 70 J/g;

- uma mistura de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii);

(b) pelo menos uma carga de tamanho nano, em que pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) é um copolímero heterofásico.

[14] Para o propósito da presente descrição e das reivindicações que seguem, exceto onde de outro modo indicado, todos os números que expressam quantias, quantidades, porcentagens, e assim por diante, devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Também, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximo e mínimo descritos e incluem qualquer uma das faixas intermediárias nelas, que podem ser aqui especificamente enumeradas ou não.

[15] Na presente descrição e nas reivindicações subsequentes, como “condutor” é pretendido um elemento eletricamente condutor usualmente fabricado de um material metálico, mais preferivelmente alumínio, cobre ou ligas dos mesmos, como uma vareta ou como um arame de múltiplos filamentos, ou um elemento condutor como acima revestido com uma camada semicondutiva.

[16] Para os propósitos da invenção o termo “voltagem média” no geral significa uma voltagem entre 1 kV e 35 kV, ao passo que “voltagem alta” significa voltagens mais altas do que 35 kV.

[17] Como “camada eletricamente isolante” é pretendida uma camada de cobertura feita de um material tendo propriedades isolantes, isto é uma tendo uma rigidez dielétrica (rigidez de ruptura dielétrica) de pelo menos

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 15/37 / 22 kV/mm, preferivelmente maior do que 10 kV/mm.

[18] Como “camada semicondutiva” é pretendida uma camada de cobertura feita de um material tendo propriedades semicondutivas, tal como uma matriz polimérica adicionada, por exemplo, com negro de fumo tal como para obter um valor de resistividade volumétrica, na temperatura ambiente, de menos do que 500 Ω-m, preferivelmente menor do que 20 Ω-m. Tipicamente, a quantidade de negro de fumo pode variar entre 1 e 50 % em peso, preferivelmente entre 3 e 30 % em peso, relativo ao peso do polímero.

[19] A entalpia de fusão (ÁHm) pode ser determinada pela análise de Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC).

[20] Com “copolímero heterofásico” é pretendido um copolímero em que os domínios elastoméricos, por exemplo, de elastômero de etilenopropileno (EPR), são dispersos em uma matriz de homopolímero ou copolímero de propileno.

[21] Preferivelmente, o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) não é tratada. Com “não tratado” é pretendido que a carga de tamanho nano seja usada sem tratamento de superfície anterior, tipicamente com um silano ou ácido graxo ou derivados dos mesmos.

[22] A camada eletricamente isolante de acordo com a presente invenção é substancialmente destituído de qualquer compatibilizador. Com “compatibilizador” é pretendido qualquer produto capaz de melhorar a compatibilidade da nanocarga com a matriz polimérica, tal como anidrido maleico ou silanos insaturados na presença de peróxido.

[23] Preferivelmente, o material de polímero termoplástico (a) tem um índice de fluxo de fusão (MFI), medido a 230°C com uma carga de 21,6 N de acordo com o Padrão ASTM D1238-00, de 0,05 grau/min a 10,0 graus/min, mais preferivelmente de 0,4 grau/min a 5,0 graus/min.

[24] O comonômero de olefina no copolímero (i) pode ser etileno ou uma α-olefina da fórmula CH₂=CH-R, onde R é um alquila C₂-C₁₀ linear

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 16/37 / 22 ou ramificado, selecionado, por exemplo, de: 1-buteno, 1-penteno, 4-metil-1penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno, ou misturas dos mesmos. Os copolímeros de propileno/etileno são particularmente preferidos.

[25] O comonômero de olefina no copolímero (i) está preferivelmente presente em uma quantidade igual a ou mais baixa do que 15 % em mol, mais preferivelmente igual a ou mais baixa do que 10 % em mol.

[26] O comonômero de olefina no copolímero (ii) pode ser uma olefina da fórmula CH2=CHR, em que R representa um grupo alquila linear ou ramificado contendo de 1 a 12 átomos de carbono. Preferivelmente, a dita olefina é selecionada de propileno, 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 4-metil1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-dodeceno, ou misturas dos mesmos. Propileno, 1-hexeno e 1-octeno são particularmente preferidos.

[27] De acordo com uma forma de realização preferida, o copolímero (i) ou copolímero (ii) são um copolímero aleatório.

[28] Com “copolímero aleatório” é pretendido um copolímero em que os comonômeros são aleatoriamente distribuídos ao longo da cadeia polimérica.

[29] Vantajosamente, no copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos, quando heterofásicos, uma fase elastomérica está presente em uma quantidade igual a ou maior do que 45 % em peso com relação ao peso total do copolímero.

[30] Os copolímeros heterofásicos (i) ou (ii) particularmente preferidos são aqueles em que a fase elastomérica consiste de um copolímero elastomérico de etileno e propileno que compreende de 15 % em peso a 50 % em peso de etileno e de 50 % em peso a 85 % em peso de propileno com relação ao peso da fase elastomérica.

[31] Os copolímeros (ii) preferidos são copolímeros de propileno heterofásicos, em particular:

(ii-a) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero:

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 17/37 / 22 % em mol a 90 % em mol de etileno; 10 % em mol a 65 % em mol de uma α-olefina alifática, preferivelmente propileno; de 0 % em mol a 10 % em mol de um polieno, preferivelmente um dieno, mais preferivelmente, 1,4hexadieno ou 5-etileno-2-norborneno (as borrachas de EPR e EPDM pertencem a esta classe);

(ii-b) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero: de 75 % em mol a 97 % em mol, preferivelmente de 90 % em mol a 95 % em mol, de etileno; de 3 % em mol a 25 % em mol, preferivelmente de 5 % em mol a 10 % em mol, de uma α-olefina alifática; de 0 % em mol a 5 % em mol, preferivelmente de 0 % em mol a 2 % em mol, de um polieno, preferivelmente um dieno (por exemplo, copolímeros de etileno/1-octeno).

[32] Os copolímeros heterofásicos podem ser obtidos pela copolimerização sequencial de: 1) propileno, possivelmente contendo quantidades menores de pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina outra que não propileno; e depois de: 2) uma mistura de etileno com uma α-olefina, em particular propileno, opcionalmente com porções menores de um polieno.

[33] O termo “polieno” no geral significa um dieno, trieno ou tetraeno conjugados ou não conjugados. Quando um comonômero de dieno está presente, este comonômero no geral contêm de 4 a 20 átomos de carbono e é preferivelmente selecionado de: diolefinas lineares conjugadas ou não conjugadas tais como, por exemplo, 1,3-butadieno, 1,4-hexadieno, 1,6octadieno, e os semelhantes; dienos monocíclicos ou policíclicos tais como, por exemplo, 1,4-ciclo-hexadieno, 5-etilideno-2-norborneno, 5-metileno-2norborneno, vinilnorborneno, ou misturas dos mesmos. Quando um comonômero de trieno ou tetraeno está presente, este comonômero no geral contêm de 9 a 30 átomos de carbono e é preferivelmente selecionado de trienos ou tetraenos contendo um grupo vinila na molécula ou um grupo 5norbornen-2-ila na molécula. Os exemplos específicos de comonômeros de

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 18/37 / 22 trieno ou tetraeno que podem ser usados na presente invenção são: 6,10dimetil-1,5,9-undecatrieno, 5,9-dimetil-1,4,8-decatrieno, 6,9-dimetil-1,5,8decatrieno, 6,8,9-trimetil-1,6,8-decatrieno, 6,10,14-trimetil-1,5,9,13pentadecatetraeno ou misturas dos mesmos. Preferivelmente, o polieno é um dieno.

[34] Preferivelmente, o copolímero (i), o copolímero (ii) ou ambos têm um ponto de fusão de 140°C a 180°C.

[35] Preferivelmente, o copolímero (i) tem uma entalpia de fusão de 25 J/g a 80 J/g.

[36] Preferivelmente, o copolímero (ii) tem uma entalpia de fusão de 10 J/g a 30 J/g.

[37] Vantajosamente, quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de copolímero (i) e copolímero (ii) o último tem uma entalpia de fusão mais baixa do que aquela do primeiro.

[38] Vantajosamente, quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre o copolímero (i) e copolímero (ii) é de 1:9 a 8:2, preferivelmente de 2:8 a 7:3.

[39] Vantajosamente, quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de um homopolímero de propileno e pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre o homopolímero de propileno e o copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos é de 0,5:9,5 a 5:5, preferivelmente de 1:9 a 3:7.

[40] Em uma forma de realização preferida da invenção, a pelo menos uma camada eletricamente isolante do cabo compreende ainda pelo menos um fluido dielétrico (c), intimamente misturado com o material termoplástico.

[41] A alta compatibilidade entre o fluido dielétrico e o material de polímero base é necessária para se obter uma dispersão microscopicamente

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 19/37 / 22 homogênea do fluido dielétrico no material de polímero base. O fluido dielétrico adequado para formar a camada de cobertura do cabo da presente invenção não deve compreender nenhum dos compostos polares ou apenas uma quantidade limitada dos mesmos, de modo a evitar um aumento significante das perdas dielétricas.

[42] A presença de um fluido dielétrico no cabo da presente invenção pode substancialmente melhorar as propriedades elétricas do mesmo.

[43] Preferivelmente, a concentração em peso do dito pelo menos um fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico é mais baixa do que a concentração de saturação do dito fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico. A concentração de saturação do fluido dielétrico no material de polímero termoplástico pode ser determinada por um método de absorção de fluido em espécimes de Dumbell como descrito, por exemplo, na WO 04/066317.

[44] Pelo uso do fluido dielétrico em uma quantidade como definida acima, as propriedades termomecânicas da camada isolante são mantidas e a exsudação do fluido dielétrico do material de polímero termoplástico é evitada.

[45] O pelo menos um fluido dielétrico é no geral compatível com o material de polímero termoplástico. “Compatível” significa que a composição química do fluido e do material de polímero termoplástico é tal como para resultar em uma dispersão microscopicamente homogênea do fluido dielétrico dentro do material de polímero na mistura do fluido no polímero, similarmente a um plastificante.

[46] No geral, a razão em peso entre o pelo menos um fluido dielétrico (c) e o material de polímero termoplástico (a) pode ser de 1:99 a 25:75, preferivelmente de 2:98 a 15:85.

[47] Também deve ser mencionado que o uso de um fluido

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 20/37 / 22 dielétrico com um ponto de fusão relativamente baixo ou ponto de derramamento baixo (por exemplo um ponto de fusão ou um ponto de derramamento não mais alto do que 80°C) permite um manuseio fácil do fluido dielétrico que pode ser fundido sem nenhuma necessidade de etapas de fabricação adicionais e complexas (por exemplo uma etapa de fusão do fluido dielétrico) e/ou aparelhos para misturar o líquido com o material de polímero.

[48] De acordo com uma outra forma de realização preferida, o fluido dielétrico tem um ponto de fusão ou um ponto de derramamento de 130°C a +80°C.

[49] O ponto de fusão pode ser determinado pelas técnicas conhecidas tais como, por exemplo, pela análise de Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC).

[50] De acordo com uma outra forma de realização preferida, o fluido dielétrico tem uma viscosidade pré-determinada de modo a prevenir a difusão rápida do líquido dentro da camada isolante e consequentemente a sua migração para fora, assim como para permitir que o fluido dielétrico seja facilmente alimentado e misturado no material de polímero termoplástico. No geral, o fluido dielétrico da invenção tem uma viscosidade, a 40°C, de 10 cSt a 800 cSt, preferivelmente de 20 cSt a 500 cSt (medidos de acordo com o padrão ASTM D445-03).

[51] Por exemplo, o fluido dielétrico é selecionado de óleos minerais, por exemplo, óleos naftênicos, óleos aromáticos, óleos parafínicos, óleos poliaromáticos, os ditos óleos minerais opcionalmente contendo pelo menos um heteroátomo selecionado de oxigênio, nitrogênio ou enxofre; parafinas líquidas; óleos vegetais, por exemplo, óleo de soja, óleo de linhaça, óleo de mamona; poliolefinas aromáticas oligoméricas; ceras parafínicas, por exemplo, ceras de polietileno, ceras de polipropileno; óleos sintéticos, por exemplo, óleos de silicona, alquil benzenos (por exemplo, dodecilbenzeno, di(octilbenzil)tolueno), ésteres alifáticos (por exemplo, tetraésteres de

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12/22 pentaeritritol, ésteres de ácido sebácico, ésteres ftálicos), oligômeros de olefina (por exemplo, polibutenos ou poli-isobutenos opcionalmente hidrogenados); ou misturas dos mesmos. Os óleos parafínicos e óleos naftênicos são particularmente preferidos.

[52] Os óleos minerais como fluido dielétrico podem compreender composto(s) polar(es). A quantidade de composto(s) polar(es) vantajosamente é de até 2,3 % em peso. Uma tal quantidade baixa de compostos polares permite a obtenção de perdas dielétricas baixas.

[53] A quantidade de compostos polares do fluido dielétrico pode ser determinada de acordo com o padrão ASTM D2007-02.

[54] Alternativamente, o fluido dielétrico pode compreender pelo menos um hidrocarboneto de alquilarila tendo a fórmula estrutural:

em que:

Rl, R2, R3 e R4, iguais ou diferentes, são hidrogênio ou metila;

nl e n2, iguais ou diferentes, são zero, 1 ou 2, com a condição de que a soma de nl + n2 seja menor do que ou igual a 3.

[55] Em uma outra alternativa, o fluido dielétrico compreende pelo menos um éter difenílico tendo a seguinte fórmula estrutural:

em que Rs e Ró são iguais ou diferentes e representam hidrogênio, um grupo fenila não substituído ou substituído por pelo menos um grupo alquila, ou um grupo alquila não substituído ou substituído por pelo menos um fenila. Por grupo alquila é pretendido um radical de hidrocarboneto

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[56] Os fluidos dielétricos adequados para o uso na camada de cobertura para o cabo da invenção são descritos, por exemplo, na WO 02/027731, WO 02/003398 ou WO 04/066317, todas no nome do Requerente.

[57] O pelo menos uma carga de tamanho nano a ser usado de acordo com a presente invenção no geral tem um tamanho de partícula médio (pelo menos em uma dimensão) igual a ou mais baixo do que 2000 nm, preferivelmente de 1 a 500 nm.

[58] Como para a natureza química da carga de tamanho nano, o mesmo pode ser selecionado de uma ampla faixa de óxidos metálicos, titanatos, silicatos, por exemplo montmorilonita escamada, sílica, alumina.

[59] A nano-carga pode ser selecionada, por exemplo, de: ZnO, MgO, TiO2, SiO2, A2O3, BaTiO3, SnO, MnO2, BiO3, CuO, In2O3, La2O3, NiO, Sb2O3, SnO2, SrTiO3, Y2O3, W2O3.

[60] Preferivelmente, o pelo menos uma nano-carga (b) está presente em uma quantidade de 0,2 % em peso a 5 % em peso, mais preferivelmente de 0,5 % em peso a 2 % em peso, com relação ao peso do material de polímero termoplástico (a).

[61] Outros componentes podem ser adicionados em quantidades menores ao material de polímero termoplástico de acordo com a presente invenção, tais como antioxidantes, auxiliares de processamento, retardantes de coluna de água, ou misturas dos mesmos.

[62] Os antioxidantes convencionais adequados para o propósito são, por exemplo, distearil- ou dilauril-tiopropionato e pentaeritritil-tetracis [3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propionato], ou misturas dos mesmos.

[63] Os auxiliares de processamento que podem ser adicionados à composição polimérica incluem, por exemplo, estearato de cálcio, estearato de zinco, ácido esteárico, ou misturas dos mesmos.

[64] De acordo com uma forma de realização preferida, o cabo de

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 23/37 / 22 acordo com a presente invenção inclui também pelo menos uma camada semicondutiva que compreende, além dos componentes (a) e (b), e opcionalmente (c), como definido acima, (d) pelo menos uma carga condutiva, preferivelmente uma carga de negro de fumo. O pelo menos uma carga condutiva é no geral disperso dentro do material de polímero termoplástico em uma quantidade tal como para fornecer o material com propriedades semicondutivas, isto é para obter um valor de resistividade volumétrica, na temperatura ambiente, de menos do que 500 Ω-m, preferivelmente menor do que 20 Ω-m. Tipicamente, a quantidade de negro de fumo pode variar entre 1 e 50 % em peso, preferivelmente entre 3 e 30 % em peso, relativo ao peso do polímero.

[65] O uso da mesma composição de polímero base tanto para a camada isolante quanto para as camadas semicondutivas é particularmente vantajoso na produção de cabos para média ou alta voltagens, visto que isto garante excelente adesão entre camadas adjacentes e consequentemente um bom comportamento elétrico, particularmente na interface entre a camada isolante e a camada semicondutiva interna, onde o campo elétrico e consequentemente o risco de descargas parciais são mais altos.

[66] As composições poliméricas para o cabo de acordo com a presente invenção podem ser produzidas misturando-se entre si o material de polímero termoplástico, a carga de tamanho nano e possivelmente o fluido dielétrico e qualquer outro aditivo opcional, usando-se métodos conhecidos na técnica. A mistura pode ser realizada por exemplo por um misturador interno do tipo com rotores tangenciais (Banbury) ou com rotores interpenetrantes; em um misturador contínuo do tipo Ko-Kneader (Buss), extrusora do tipo de rosca dupla co- ou contra-rotativas; ou em uma de rosca simples.

[67] De acordo com uma forma de realização preferida, o fluido dielétrico pode ser adicionado ao material de polímero termoplástico durante a etapa de extrusão pela injeção direta no cilindro da extrusora como descrito,

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 24/37 / 22 por exemplo, no Pedido de Patente Internacional WO 02/47092 no nome do Requerente.

[68] Embora a presente descrição esteja principalmente focada nos cabos para transportar ou distribuir energia de média ou alta voltagem, a composição de polímero da invenção pode ser usada para revestir dispositivos elétricos no geral e em particular cabo de tipo diferente, por exemplo cabos de baixa voltagem (isto é cabos que carregam uma voltagem mais baixa do que 1 kV), os cabos de telecomunicações ou cabos de energia/telecomunicações combinados, ou acessórios usados em linhas elétricas, tais como terminais, juntas, conectores e os semelhantes.

Breve descrição do desenho [69] Outras características estarão evidentes a partir da descrição detalhada dada a seguir com referência aos desenhos anexos, em que:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um cabo de energia, particularmente adequado para a média ou alta voltagens, de acordo com a invenção.

Descrição detalhada das formas de realização preferidas [70] Na Figura 1, o cabo (1) compreende um condutor (2), uma camada interna com propriedades semicondutivas (3), uma camada intermediária com propriedades isolantes (4), uma camada externa com propriedades semicondutivas (5), uma camada de tela metálica (6), e uma bainha (7).

[71] O condutor (2) no geral consiste de arames metálicos, preferivelmente de cobre ou alumínio ou ligas dos mesmos, trançados juntos filamentos pelos métodos convencionais, ou de uma vareta sólida de alumínio ou cobre.

[72] A camada isolante (4) pode ser produzida pela extrusão, em torno do condutor (2), de uma composição de acordo com a presente invenção.

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 25/37 / 22 [73] As camadas semicondutivas (3) e (5) também são fabricadas pela extrusão de material poliméricos usualmente com base em poliolefinas, preferivelmente uma composição de acordo com a presente invenção. A composição é feita ser semicondutiva pela adição de pelo menos uma carga condutiva, usualmente negro de fumo.

[74] Em torno da camada semicondutiva externa (5), uma camada de tela metálica (6) é usualmente posicionada, feita de arames ou tiras eletricamente condutivos helicoidalmente enrolados em torno do núcleo de cabo ou de uma fita eletricamente condutiva longitudinalmente enrolada e sobreposta (preferivelmente colada) sobre a camada subjacente. O material eletricamente condutivo dos ditos arames, tiras ou fitas é usualmente de cobre ou alumínio ou ligas dos mesmos.

[75] A camada de tela (6) pode ser coberta por uma bainha (7), no geral feita de uma poliolefina, usualmente polietileno.

[76] O cabo pode ser também fornecido com uma estrutura protetora (não mostrada na Figura 1) o propósito principal da qual é proteger mecanicamente o cabo contra impactos ou compressões. Esta estrutura protetora pode ser, por exemplo, um reforço metálico ou uma camada de polímero expandido como descrito na WO 98/52197 no nome do Requerente.

[77] O cabo de acordo com a presente invenção pode ser fabricado de acordo com métodos conhecidos, por exemplo pela extrusão das várias camadas em torno do condutor central. A extrusão de duas ou mais camadas é vantajosamente realizada em uma única passagem, por exemplo pelo método em tandem em que extrusoras individuais são dispostas em série, ou pela coextrusão com uma cabeça de extrusão múltipla. A camada de tela é depois aplicada em torno do núcleo de cabo assim produzido. Finalmente, a bainha de acordo com a presente invenção é aplicada, usualmente por uma outra etapa de extrusão.

[78] O cabo da presente invenção pode ser usado para a

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 26/37 / 22 transmissão de energia de corrente alternada (AC) ou corrente contínua (DC).

[79] A Figura 1 mostra apenas uma forma de realização de um cabo de acordo com a invenção. Modificações adequadas podem ser feitas a esta forma de realização de acordo com as necessidades técnicas e exigências de aplicação específicas sem divergir do escopo da invenção.

[80] Os exemplos que seguem ilustram a invenção.

EXEMPLOS de 1 a 3.

[81] As seguintes composições foram preparadas com as quantidades relatadas na Tabela 1 (expressadas como % em peso com relação ao peso total da composição).

[82] Em todos os exemplos, o copolímero de propileno foi alimentado diretamente dentro do silo alimentador da extrusora. Subsequentemente, o fluido dielétrico, anteriormente misturado com antioxidantes, foi injetado em alta pressão dentro da extrusora. Uma extrusora tendo um diâmetro de 80 mm e uma razão L/D de 25 foi usada. A injeção foi feita durante a extrusão a cerca de 20 D do começo da rosca da extrusora por meio de três pontos de injeção na mesma seção transversal a 120° um do outro. O fluido dielétrico foi injetado a uma temperatura de 70°C e uma pressão de 250 bar. A nano-carga foi alimentada dentro da mistura polimérica por um dosímetro lateral e disperso por uma extrusora de rosca dupla (alternativamente um Buss-bas pode ser usado) com um perfil térmico para a mistura polimérica de 140°C a 200°C.

TABELA 1

EXEMPLO	1 (*)	2	3
Adflex® Q200F	93,7	91,2	92,7
Jarilec® Exp3	6	6	6
Nyasil® 5	—	2,5	1
Irgastab® KV10	0,3	0,3	0,3

(*) comparativo [83] Adflex® Q200F: copolímero de heterofase de propileno tendo ponto de fusão de 165°C, entalpia de fusão de 30 J/g, e módulo flexural de 150 MPa (Basell);

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Jarilec® Exp3: dibenziltolueno (DBT) (Elf Atochem);

Nyasil® 5: sílica amorfa de tamanho nano com um tamanho de partícula médio de 1,8 pm (Nyacol Inc.).

[84] Irgastab® KV10: antioxidante de 4,6-bis (octiltiometil)-ocresol (Ciba Specialty Chemicals, Inc.).

[85] A rigidez de ruptura dielétrica (DS) das composições poliméricas obtidas foi avaliada nas peças de teste de material isolante tendo a geometria proposta pela EFI (Norwegian Electric Power Research Institute) na publicação “The EFI Test Method for Accelerated Growth of Water Trees” (IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Toronto, Canadá, 3 a 6 de junho de 1990). Neste método, o cabo é simulado com peças de teste na forma de lente de material isolante tendo a sua base revestida em ambos os lados com um revestimento de material semicondutivo. As peças de teste na forma de lente foram formadas pela moldagem de discos de material isolante de 160 a 170°C a partir de uma placa de 10 mm de espessura obtida pela compressão de cada mistura do Exemplo de 1 a 3 a cerca de 190°C.

[86] As superfícies interna e externa da base, que teve uma espessura de cerca de 0,40 a 0,45 mm, foram revestidas com um revestimento semicondutivo. A medição de DS foi feita aplicando-se a estes espécimes, imersos em óleo de silicona a 20°C, uma corrente alternada em 50 Hz partindo com uma voltagem de 25 kV e aumentando nas etapas de 5 kV a cada 30 minutos até que a perfuração da peça de teste ocorreu. Cada medição foi repetida em 10 pedaços de teste. Os valores dados na Tabela 2 são a média aritmética dos valores individuais medidos. Duas séries de experimentos foram realizadas: a primeira pelo descarte das amostras tendo um DS mais baixo do que 25 kV/mm, a segunda pelo descarte das amostras tendo um DS mais baixo do que 75 kV/mm. A triagem acima dos espécimes é necessária para excluir aquelas que são defeituosas por causa do processo de moldagem.

[87] Na última fileira da Tabela 2, a porcentagem de espécimes

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 28/37 / 22 tendo um DS mais alto do que 100 kV/mm é relatada. Um aumento em DS é observado para os espécimes de acordo com a presente invenção.

TABELA 2

EXEMPLO	1 (*)	2	3
DS > 25 kV/mm	98	109	94
DS > 75 kV/mm	98	109	117
Espécimes com DS > 100 kV/mm (%)	33	83	33

(*) comparativo

EXEMPLOS de 4 a 5.

[88] As seguintes composições foram preparadas com as quantidades relatadas na Tabela 3 (expressadas como % em peso com relação ao peso total da composição), seguindo as mesmas condições relatadas para os exemplos de 1 a 3.

TABELA 3

EXEMPLO	4 (*)	5
Hifax® CA 7441 A	97	95
Jarilec® Exp3	2,8	2,8
MgO	—	2
Irganox® B225	0,2	0,2

(*) comparativo [89] Hifax® CA7441A: copolímero heterofásico de propileno tendo ponto de fusão de 165°C, entalpia de fusão de 30 J/g, e módulo flexural de 100 MPa (Basell);

Jarilec^® Exp3: dibenziltolueno (DBT) (Elf Atochem);

MgO: óxido de magnésio com um tamanho de partícula médio de 35 nm (Cometex S.r.l.)

Irganox^® B225: antioxidante de fenólico/fosfato (Ciba Specialty Chemicals, Inc.).

[90] A partir das composições acima, espécimes foram obtidos na forma de placas de 1 mm de espessura. As placas foram moldadas a 195°C com 15 min de pré-aquecimento. Os espécimes assim obtidos foram testados para determinar as propriedades de tração de acordo com o padrão CEI EN 60811-1 (2006-06), com uma velocidade de tensão de 50 mm/min. Os resultados são relatados na Tabela 4:

TABELA 4

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EXEMPLO	4 (*)	5
Resistência à tração (MPa)	17,4	18,0
Alongamento na ruptura (%)	778,0	788,6
Módulo a 100 % (MPa)	4,6	5,4
Módulo a 200 % (MPa)	5,9	6,3
Módulo a 300 % (MPa)	7,1	7,4

(*) comparativo [91] A resistência mecânica da amostra com a composição de acordo com a invenção mostrou ser melhorada a despeito da ausência de um compatibilizador para a nano-carga.

[92] As composições acima também foram usadas para as medições de Pulso Eletro Acústico (PEA) para avaliar a formação de carga espacial em materiais isolantes.

[93] Para cada composição, discos foram preparados tendo ume espessura de 0,3 mm e um diâmetro de 50 mm, colocado entre eletrodos semicon tendo uma espessura de 0,1 mm e um diâmetro de 30 mm. Uma voltagem DC de 30 kV/mm foi aplicada por 10.000 segundos, e a carga espacial foi medida pelo PEA sem voltagem aplicada. A amostra foi eletricamente aterrada sem voltagem aplicada por 2.000 segundo, e depois uma voltagem DC de -30 kV/mm foi aplicada por 10.000 segundos. A carga espacial sem voltagem aplicada foi medida mais uma vez pelo PEA. A amostra foi eletricamente aterrada sem voltagem aplicada por 1.000 segundos, depois a porcentagem de carga residual foi medida. Todas as medições foram feitas na temperatura ambiente. Os resultados são relatados na Tabela 5.

TABELA 5

EXEMPLO	4 (*)	5
Q(+) (C/m³)	0,50	0,25
Q(-) (C/m³)	0,45	0,35
Q res. @ 1.000 segundos (%)	40	25

(*) comparativo [94] Os resultados acima mostram um conteúdo de carga espacial em Volt Off (Q(+) ou Q(-) dependendo do tipo de carga) acentuadamente mais baixo para as composições isolantes de acordo com a presente invenção (Ex. 5), com relação às composições correspondentes destituídas de qualquer nanocarga (Ex. 4). Além disso, a taxa de descarga da carga acumulada depois

Petição 870190096583, de 26/09/2019, pág. 30/37 / 22 de Volt Off é muito mais baixa para a composição do Exemplo 5 do que para a composição do Exemplo 4, como mostrado pelos valores de Q res. @ 1.000 segundos (quanto mais baixa a quantidade de carga residual depois de 1.000 segundos de Volt Off, mais alta a taxa de descarga da carga acumulada). EXEMPLOS de 6 a 8.

[95] As seguintes composições foram preparadas com as quantidades relatadas na Tabela 6 (expressada como % em peso com relação ao peso total da composição), seguindo as mesmas condições relatadas para os exemplos de 1 a 3.

TABELA 6

EXEMPLO	6 (*)	7	8
Hifax® CA 7441A	99,7	97,7	94,7
Jarilec® Exp3	--	--	3
ZnO	—	2	2
Irgastab® KV10	0,3	0,3	0,3

(*) comparativo [96] Hifax® CA7441A: copolímero heterofásico de propileno tendo ponto de fusão de 165°C, entalpia de fusão de 30 J/g, e módulo flexural de 100 MPa (Basell);

Jarilec^® Exp3: dibenziltolueno (DBT) (Elf Atochem);

ZnO: nanopó com um tamanho de partícula médio mais baixo do que 100 nm (Sigma Aldrich)

Irgastab^® KV10: antioxidante de 4,6-bis (octiltiometil)-ocresol (Ciba Specialty Chemicals, Inc.).

[97] A partir das composições acima, espécimes foram obtidos na forma de placas de 1 mm de espessura. As placas foram moldadas a 195°C com 15 min de pré-aquecimento. Os espécimes assim obtidos foram testados para determinar as propriedades de tração de acordo com o padrão CEI EN 60811-1 (2006-06), com uma velocidade de tensão de 50 mm/min. Os resultados são relatados na Tabela 7:

TABELA 7

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EXEMPLO	6 (*)	7	8
Resistência à tração (MPa)	18,2	21,5	17,2
Alongamento na ruptura (%)	781,9	816,4	791,1
Módulo a 100 % (MPa)	4,8	5,9	4,9
Módulo a 200 % (MPa)	6,0	6,8	5,9
Módulo a 300 % (MPa)	7,2	7,9	7,1

(*) comparativo [98] A resistência mecânica da amostra com a composição de acordo com a invenção mostrou não ser afetada se não melhoradas a despeito da ausência de um compatibilizador para a nano-carga.

[99] A adição de uma nano-carga na ausência de um adjuvante para a compatibilização entre a nano-carga e um material de polipropileno fornece uma camada isolante para o cabo de energia com desempenho elétrico melhorado enquanto mantém, ou mesmo melhorando a resistência mecânica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo compreendendo pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada eletricamente isolante que circunda o dito condutor elétrico, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada eletricamente isolante compreende:

(a) um material de polímero termoplástico selecionado de:

- pelo menos um copolímero (i) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina outra que não propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão maior do que ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g;

- uma mistura de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno com pelo menos uma α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 70 J/g;

- uma mistura de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii);

(b) pelo menos uma carga de tamanho nano;

em que pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) é um copolímero heterofásico;

em que a pelo menos uma camada eletricamente isolante é substancialmente destituída de qualquer compatibilizador.
2. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) não é tratada.
3. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero (i) é um copolímero de propileno/etileno.
4. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comonômero de olefina no copolímero (i) está presente em uma quantidade igual a ou mais baixa do que 15 % em mol, preferivelmente igual a ou mais baixa do que 10 % em mol.
5. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo

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2 / 4 fato de que o copolímero (i) ou o copolímero (ii) são um copolímero aleatório.
6. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos, quando heterofásicos, uma fase elastomérica está presente em uma quantidade igual a ou maior do que 45 % em peso com relação ao peso total do copolímero.
7. Cabo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fase elastomérica consiste de um copolímero elastomérico de etileno e propileno que compreende de 15 % em peso a 50 % em peso de etileno e de 50 % em peso a 85 % em peso de propileno com relação ao peso da fase elastomérica.
8. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comonômero de olefina no copolímero (ii) é propileno, 1hexeno ou 1-octeno.
9. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero (i), copolímero (ii) ou ambos têm um ponto de fusão de 140°C a 180°C.
10. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero (i) tem uma entalpia de fusão de 25 J/g a 80 J/g.
11. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero (ii) tem uma entalpia de fusão de 10 J/g a 30 J/g.
12. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de copolímero (i) e copolímero (ii), o último tem uma entalpia de fusão mais baixa do que aquela do primeiro.
13. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre o copolímero (i) e copolímero (ii) é de 1:9 a 8:2.
14. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo

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3 / 4 fato de que quando o material termoplástico da camada isolante compreende uma mistura de um homopolímero de propileno e pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre o homopolímero de propileno e o copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos é de 0,5:9,5 a 5:5.
15. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada eletricamente isolante compreende adicionalmente pelo menos um fluido dielétrico (c), intimamente misturado com o material termoplástico.
16. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração em peso do dito pelo menos um fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico é mais baixo do que a concentração de saturação do dito fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico.
17. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão em peso entre o pelo menos um fluido dielétrico (c) e o material de polímero termoplástico (a) é de 1:99 a 25:75, preferivelmente de 2:98 a 15:85.
18. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um fluido dielétrico (c) tem um ponto de fusão ou um ponto de derramamento de -130°C a +80°C.
19. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um fluido dielétrico (c) é selecionado de óleos minerais, opcionalmente contendo pelo menos um heteroátomo selecionado de oxigênio, nitrogênio ou enxofre; parafinas líquidas; óleos vegetais; poliolefinas aromáticas oligoméricas; ceras parafínicas; óleos sintéticos.
20. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) tem um tamanho de partícula médio (pelo menos em uma dimensão) igual a ou mais baixo do que 2000 nm, preferivelmente de 1 a 500 nm.

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21. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) é selecionado de óxidos metálicos, titanatos, silicatos.
22. Cabo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) é selecionado de: ZnO, MgO, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, BaTiO₃, SnO, MnO₂, BiO₃, CuO, In₂O₃, La2O₃, NiO, Sb2O3, SnO2, SrTiO3, Y2O3, W2O3.
23. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos uma carga de tamanho nano (b) está presente em uma quantidade de 0,2 % em peso a 5 % em peso, preferivelmente de 0,5 % em peso a 2 % em peso, com relação ao peso do material de polímero termoplástico (a).
24. Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui pelo menos uma camada semicondutiva que compreende, além dos componentes (a) e (b):

(d) pelo menos uma carga condutiva, preferivelmente uma carga de negro de fumo.